Os módulos solares tradicionais convertem luz em eletricidade usando células fotovoltaicas (PV) na parte superior dos painéis. Agora, Pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) estão lançando uma luz sobre o que está por baixo.

Em maio de 2019, uma equipe do NREL deu início a um estudo de três anos para avaliar módulos bifaciais que coletam luz em ambos os lados de um painel enquanto seguem o sol ao longo do dia. O principal benefício dos painéis bifaciais é obter mais produção de energia sem expandir as pegadas do sistema ou reconfigurar demais os painéis.

Os primeiros resultados mostram um aumento significativo dos painéis bifaciais. Dados de junho a novembro de 2019 revelaram um ganho de até 9% na produção de energia usando painéis bifaciais em comparação com seus primos unilaterais.

"As células em si têm praticamente o mesmo preço, "Chris Deline, O pesquisador do NREL e principal investigador do estudo disse. "Você está indo para um pacote um pouco mais caro. Você tem que fazer algo diferente na parte de trás - seja de vidro ou transparente, Plástico transparente. No todo, vai custar menos de 10% a mais. "

Para determinar quanto mais energia esses painéis podem produzir, a equipe precisava de dados, então eles estão recolhendo. Alguns de seus dados já estão disponíveis publicamente - uma inovação no setor para um estudo dessa escala. Os pesquisadores do NREL antecipam que novos dados removerão as barreiras para o avanço da tecnologia de ponta, fornecendo informações e melhores práticas que aumentam a eficiência da instalação, reduzir custos, e melhorar a durabilidade. Até aqui, os resultados não decepcionaram.

"Todos estão muito animados porque os resultados estão retornando em linha com as expectativas, "Deline disse." Comparado com as simulações iniciais, na verdade, estamos extraindo mais energia do que foi modelado. "

Eletricidade a partir do solo

Durante o estudo atual, a equipe planeja avaliar os benefícios de diferentes coberturas do solo sob os painéis solares. Uma vez que o ganho de energia fotovoltaica bifacial depende da luz refletida, quanto mais o chão pode refletir, mais poderosos são os painéis.

"Procuramos maneiras de aumentar o albedo do solo [a proporção da luz ou radiação incidente que é refletida por uma superfície, normalmente de um planeta ou lua] por meio de diferentes opções de tratamento, como vegetação natural, Rocha despedaçada, e barreiras contra ervas daninhas, "Deline disse." Parte disso já está acontecendo na indústria, mas este será o primeiro estudo plurianual com dados abertos. "

No primeiro ano do estudo, A equipe de Deline está testando a cobertura natural do solo. Eles seguirão adicionando rocha britada no segundo ano, e Deline disse que está considerando lançar algum tipo de tecido branco para uma terceira comparação.

"Estamos vendo que conforme a grama fica marrom, fica mais reflexivo, - Deline disse. - E a cobertura de neve é ​​ótima.

Com neve no chão, quando o albedo médio é várias vezes mais reflexivo do que a grama, todos os painéis testados atingiram seus maiores ganhos registrados.

Solar e armazenamento - melhores juntos

A equipe do Golden NREL, Colorado, site de pesquisa está trabalhando com parceiros comerciais, incluindo Prism Solar, Sunpreme, e Lumos Solar - um fornecedor com sede na cidade vizinha de Nederland, Colorado - junto com os principais fabricantes internacionais. Aproveitando o relacionamento com um total de seis empresas, o laboratório fará benchmark e comparará painéis monofaciais e bifaciais das mesmas marcas ao longo de vários anos.

O arranjo fotovoltaico de 10 linhas do estudo segue o sol usando a tecnologia de rastreamento de eixo único da NEXTracker, aumentando a quantidade de luz solar direta que pode ser capturada para energia. A maior produção de energia de cada módulo significa que as instalações requerem menos hardware de suporte por megawatt, reduzindo o que é conhecido como equilíbrio dos custos do sistema.

"Aumentando a produção, esses módulos também podem reduzir o número total de painéis necessários, o que torna o uso mais eficiente dos inversores, racking, sistemas rastreadores, interconexões, e outro hardware, "Deline disse.

Deline e sua equipe também emparelharam o painel fotovoltaico com duas baterias de fluxo redox de vanádio da Avalon Battery. As baterias armazenam a energia gerada durante o dia e a disponibilizam para uso durante a maior demanda noturna.

Esse armazenamento, junto com a tecnologia de rastreamento solar, ajuda a nivelar a saída do sistema. Alivia o declive, Picos de produção do meio-dia limitados pela geração mais baixa da manhã e da tarde, que é comumente associada ao tradicional, solar estacionário.

"Estamos executando um cenário de arbitragem de energia com as baterias que descarregam à tarde e à noite com cerca de quatro horas de energia contínua da geração solar, "Deline disse." Caso contrário, o ganho bifacial é reduzido no pico, mas baixo em outros lugares - portanto, isso fornece uma geração mais estável e consistente. "

O estudo também apóia a pesquisa de durabilidade de material em parceria com outras organizações de pesquisa por meio do Consórcio de Materiais de Módulo Duráveis ​​(DuraMAT) do Departamento de Energia (DOE).

"Estamos analisando a confiabilidade do módulo em rastreadores de eixo único, e, especificamente, se os módulos foram danificados durante o transporte, resultando em células quebradas, ainda são utilizáveis ​​ou se deterioram ainda mais quando instalados em rastreadores de eixo único, "Deline disse.

Computação de alto desempenho para ganhar

Com modelagem computacional de última geração e recursos de simulação preditiva, Os recursos de computação de alto desempenho (HPC) do NREL reduzem os riscos e incertezas que muitas vezes limitam o progresso em tecnologias novas e inovadoras.

"Recentemente, utilizamos muito o computador de alto desempenho Eagle, "Deline disse." Estamos completando simulações de desempenho de um ano que levariam quatro ou cinco dias em um laptop - em menos de um minuto no Eagle. "

Como resultado, a equipe pode maximizar a produção para diferentes cenários de configuração, incluindo altura de estantes, espaçamento, e até mesmo opções de materiais, como moldura de suporte preta ou reflexiva. As simulações são de código aberto, o que significa que outros podem usar e construir sobre os conjuntos de dados para análises futuras.

"Nossas simulações começam no painel e voam os fótons de volta para onde eles interceptam a cúpula do céu - é um traçado de raio reverso e avalia a irradiância nos módulos, "Deline disse." Todos os tipos de geometrias são possíveis. "

Isso significa topografia e estruturas complicadas, incluindo portas de carros, copas de pérgulas, e vários sistemas de rack podem ser avaliados antes da construção. As simulações também podem sobrepor cenários adicionais, como veículos estacionados abaixo de módulos solares usados ​​em portos de automóveis.

Definindo o padrão para investimento e segurança empresarial

Quando os desenvolvedores PV estão projetando um novo sistema, eles sabem que um módulo monofacial de 300 watts irá, não surpreendentemente, fornecem metade da potência de um módulo de 600 watts. As empresas podem confiar em tais suposições diretas graças aos padrões de teste e certificação.

"Mas ainda não temos isso para módulos bifaciais, "Deline disse." Então, quando você adiciona sensibilidade traseira, a indústria está pedindo a metodologia necessária para rotular um módulo para refletir o valor agregado de uma forma consistente. Sem isso, os compradores não saberão o custo por watt. "

Os contratos financeiros para sistemas fotovoltaicos são baseados em quanta energia é gerada, portanto, os instaladores e os serviços públicos precisam de uma compreensão clara de quanta energia é produzida para monetizar de forma justa a produção extra de tecnologia bifacial. A equipe de Deline está criando testes de capacidade que determinam a nova saída e ajudarão a atualizar os padrões de acordo.

"Tudo isso requer um novo ecossistema de padrões, ferramentas de modelagem de desempenho, e melhores práticas para instrumentação, " ele adiciona.

Os padrões de segurança são outro resultado importante da pesquisa do NREL. Os instaladores precisam saber como a corrente elétrica aumentará ao instalar um módulo bifacial em vez de monofacial. Condutores, como cabos e fusíveis, precisam ser dimensionados apropriadamente. Aqui novamente, padrões e cálculos precisos são necessários para uma instalação eficiente e segura.

Investindo no futuro da energia

Como um laboratório nacional com fortes laços com a indústria, O NREL está posicionado de forma única para fornecer os dados, análise, padrões, e as melhores práticas que essas tecnologias exigem.

"Ao publicar sobre isto, instaladores de energia solar verão melhores condições de financiamento, "Deline disse." As concessionárias vão trazer mais consistência, renovável, e energia acessível em seu mix de geração. "